Способы передачи вращательного движения

Детали машин

Механические передачи

Общие понятия и определения

Передачей, в общем случае, называется устройство, предназначенное для передачи энергии из одной точки пространства в другую, расположенную на некотором расстоянии от первой.

В зависимости от вида передаваемой энергии передачи делятся на механические, электрические, гидравлические, пневматические и т.п.
Курс «Детали машин» изучает механические передачи, предназначенные для передачи механической энергии.

Механической передачей называют устройство (механизм, агрегат) , предназначенное для передачи энергии механического движения, как правило, с преобразованием его кинематических и силовых параметров, а иногда и самого вида движения (вращательного в поступательное или сложное и т. п.) .
Наибольшее распространение в технике получили передачи вращательного движения, которым в курсе деталей машин уделено основное внимание (далее под термином передача подразумевается, если это не оговорено особо, именно передача вращательного движения) .

В общем случае в любой машине можно выделить три составные части: двигатель, передачу и исполнительный элемент.
Механическая энергия, приводящая в движение машину или отдельный ее механизм, представляет собой энергию вращательного движения вала двигателя, которая передается к исполнительному элементу посредством механической передачи или передаточного устройства. Передачу механической энергии от двигателя к исполнительному элементу машины осуществляют с помощью различных передаточных механизмов (в дальнейшем – передач) : зубчатых, червячных, ременных, цепных, фрикционных и т. п.

Функции механических передач

Передавая механическую энергию от двигателя к исполнительному элементу (элементам) , передачи одновременно могут выполнять одну или несколько из следующих функций.

Понижение (или повышение) частоты вращения от вала двигателя к валу исполнительного элемента.
Понижение частоты вращения называют редуцированием , а закрытые передачи, понижающие частоты вращения, — редукторами .
Устройства, повышающие частоты вращения, называют ускорителями или мультипликаторами .
В технике и машиностроении наибольшее применение получили понижающие передачи , поэтому в курсе Детали машин им уделяется преимущественное внимание. Впрочем, принципиальная разница в расчетах редуцирующих передач и ускорителей невелика.

Изменение направления потока мощности.
Примером может служить зубчатая передача (редуктор) заднего моста автомобиля. Ось вращения вала двигателя у большинства автомобилей составляет с осью вращения колес прямой угол. Для изменения направления потока мощности в данном случае применяют коническую зубчатую передачу.

Регулирование частоты вращения ведомого вала.
С изменением частоты вращения изменяется и вращающий момент: меньшей частоте соответствует больший момент. Для регулирования частоты вращения ведомого вала применяют коробки передач и вариаторы.
Коробки передач обеспечивают ступенчатое изменение частоты вращения ведомого вала в зависимости от числа ступеней и включенной ступени.
Вариаторы обеспечивают бесступенчатое в некотором диапазоне изменение частоты вращения ведомого вала.

Преобразование одного вида движения в другой (вращательного в поступательное, равномерного в прерывистое и т. д.).

Реверсирование движения — изменение направления вращения выходного вала машины в ту или иную сторону в зависимости от функциональной необходимости.

Распределение энергии двигателя между несколькими исполнительными элементами машины.
Так, любой сельскохозяйственный комбайн вмещает несколько механизмов, выполняющих самостоятельные технологические операции по уборке урожая, при этом каждый из этих механизмов приводит в движение собственный исполнительный элемент (ходовую часть, жатку, молотилку, очистку и т. п.) . Поскольку комбайн, как правило, оснащен одной силовой установкой (двигателем) , при помощи передач его энергия распределяется между каждым из обособленных механизмов.

Классификация механических передач

В зависимости от принципа действия механические передачи разделяют на две основные группы:

• передачи зацеплением (зубчатые, червячные, цепные) ;
• передачи трением (фрикционные, ременные) .

Каждая из указанных групп передач подразделяется на две подгруппы:

• передачи с непосредственным контактом передающих звеньев;
• передачи с гибкой связью (цепь, ремень) между передающими звеньями.

Кроме этих основных классификационных признаков передачи подразделяют по некоторым другим конструктивным характеристикам: расположению валов, характеру изменения вращающего момента и угловой скорости, по количеству ступеней и т. д.

Классификация механических передач по различным признакам представлена ниже.

1. По способу передачи движения от входного вала к выходному:
1.1. Передачи зацеплением:
1.1.1. с непосредственным контактом тел вращения — зубчатые, червячные, винтовые;
1.1.2. с гибкой связью — цепные, зубчато-ременные.
1.2. Фрикционные передачи:
1.2.1. с непосредственным контактом тел вращения – фрикционные;
1.2.2. с гибкой связью — ременные.

2. По взаимному расположению валов в пространстве :
2.1. с параллельными осями валов — зубчатые с цилиндрическими колесами, фрикционные с цилиндрическими роликами, цепные;
2.2. с пересекающимися осями валов — зубчатые и фрикционные конические, фрикционные лобовые;
2.3. с перекрещивающимися осями — зубчатые — винтовые и гипоидные, червячные, лобовые фрикционные со смещением ролика.

3. По характеру изменения угловой скорости выходного вала по отношению к входному: редуцирующие (понижающие) и мультиплицирующие (повышающие) .

4. По характеру изменения передаточного отношения (числа) : передачи с постоянным (неизменным) передаточным отношением и передачи с переменным (изменяемым или по величине, или по направлению или и то и другое вместе) передаточным отношением.

5. По подвижности осей и валов : передачи с неподвижными осями валов — рядовые (коробки скоростей, редукторы) , передачи с подвижными осями валов (планетарные передачи, вариаторы с поворотными роликами) .

6. По количеству ступеней преобразования движения: одно-, двух-, трех- и многоступенчатые.

7. По конструктивному оформлению : закрытые и открытые (безкорпусные) .

Наибольшее распространение в технике получили следующие виды механических передач:

• Зубчатые (цилиндрические, конические, гипоидные, волновые, планетарные и т. п.) ;
• Ременные (плоскоременные, клиноременные, круглоременные и т. п.) ;
• Червячные;
• Фрикционные (постоянной передачи, реверсы и вариаторы) ;
• Винтовые передачи.

Зубчато-ременные передачи можно выделить в отдельную группу передач с промежуточной гибкой связью, поскольку они способны передавать мощность и посредством трения, и посредством зацепления.

Основные характеристики механических передач

Главными характеристиками передачи, необходимыми для ее расчета и проектирования, являются передаваемые мощности (по величине и направлению) и скорости вращения валов – входных (ведущих) , промежуточных, выходных (ведомых) .
В технических расчетах вместо угловых скоростей обычно используются частоты вращения валов — n_вх и n_вых , измеряемые в оборотах за минуту. Соотношение между угловой скоростью ω (рад/сек) и частотой вращения n (об/мин) :

Еще важный параметр механической передачи – коэффициент полезного действия (КПД) , характеризующий потери мощности при передаче от двигателя к исполнительному элементу.

Способы передачи вращательного движения.

Передача – устройство, главная функция которого передача энергии на расстояние, в зависимости от способа передачи энергии, они могут быть: механические, электрические, пневматические, гидравлические. Механической передачей называется механизм, который преобразует параметры движения источника энергии (двигателя) при передаче исполнительным органам, в этом случае передача осуществляет согласование параметров движения двигателя и исполнительного рабочего органа.

Передачи вращательного движения по способу соединения тел вращения бывают: 1) передачи с контактом тел вращения – зубчатые, червячные, фрикционные, винтовые, 2) передачи гибкой связью – ремённые и цепные; по способу передачи движения – передачи с зацеплением (зубчатые, червячные, цепные), трением – ременные и фрикционные. Электри́ческая переда́ча — обеспечивает передачу тягового усилия от первичного двигателя к движителю или исполнительному органу, используя электрически соединённые электрогенератор и электродвигатель.

Сложное движение. Плоскопараллельное движение тела.

Плоскопаралле́льное движе́ние — вид движения абсолютно твёрдого тела, при котором траектории всех точек тела располагаются в плоскостях, параллельных заданной плоскости.

Примером плоскопараллельного движения по отношению к вертикальной плоскости, относительно которой тело движется в параллельном направлении, является качение колеса по горизонтальной дороге.

Пример плоскопараллельного движения относительно плоскости чертежа — качение колеса по горизонтальной дороге. Все точки колеса движутся параллельно плоскости рисунка.

Здесь плоскопараллельное движение в каждый момент времени может быть представлено в виде суммы двух движений — полюса C, являющегося не чем иным, как центром вращения колеса в связанной с ним системе координат (в общем случае по любой траектории на плоскости с точки зрения неподвижного наблюдателя) и вращательного движения остальных точек тела вокруг этого центра.

Вращение тела в случае его плоско-параллельного движения не является необходимым признаком последнего. В таком случае вектор абсолютной скорости движения любой точки будет определяться векторной суммой переносной скорости движения центра вращения С, (одинаковой для расчёта скорости любой точки колеса). И вектора относительной скорости выбранной точки, зависящей от её положения, угловой скорости вращения и расстояния от центра.

Если в данный момент для точки контакта колеса с поверхностью (точки А) эти скорости равны по модулю и противоположны по направлению, имеет место случай чистого (без проскальзывания) качения, что показано на рисунке. Только в этом случае скорость точки М будет в 2 раза больше скорости точки С и направлена в ту же сторону. В общем случае их соотношение может быть любым не только по величине, но и по направлению.

Сложное движения. Определение скорости любой точки тела.

Теорема 1. Абсолютная скорость любой точки плоской фигуры в каждый данный момент равна геометрической сумме двух скоростей: скорости произвольно выбранного полюса в поступательном движении плоской фигуры и вращательной скорости во вращательном движении фигуры относительно полюса.
Положение любой точки В тела можно определить равенством:

Взяв производную от обеих частей уравнения по времени получим,

где — искомая скорость; — скорость полюса; — скорость точки В при вращательном движении тела вокруг полюса А при Таким образом

,

Теорема 2. Проекции скоростей двух точек плоской фигуры на ось, проходящую через эти точки, равны и имеют одинаковый знак. Зная, что , спроецируем данное выражение на прямую АВ, тогда

Теорема 3. Плоская фигура в каждый момент времени имеет одну точку, абсолютная скорость которой равна нулю. Эта точка называется мгновенным центром скоростей (МЦС), обозначим ее буквой Р. Докажем существование МЦС тогда точка Р и будет искомой.

,

Передачи вращательного движения

Исполнительные органы металлорежущих станков получают движения от электродвигателей посредством различных механических устройств, называемых передачами. Передачи вращательного движения можно разделить на передачи с гибкой связью, в которых детали передач соединяются между собой гибким звеном, и передачи с непосредственным контактом.

К первым относятся ременная и цепная передачи, а ко вторым — зубчатая, червячная и фрикционная.

Передачи с гибкой связью. Ременные передачи передают вращательное движение между параллельными валами, расположенными на значительном расстоянии друг от друга. В зависимости от типа применяемых ремней они бывают плоскоременными и клиноременными. Наиболее широкое распространение в фрезерных станках получили клиноременные передачи (рис. 100, а).

где n1 — частота вращения ведущего вала, об/мин; n2 — частота вращения ведомого вала, об/мин.

Частота вращения ведомого вала равна частоте вращения ведущего, умноженной на передаточное отношение передачи

Цепные передачи как и ременные служат для передачи вращательного движения между параллельными валами, находящимися на значительном расстоянии друг от друга. Они способны передавать большие усилия даже при слабом натяжении цепей при отсутствии проскальзывания. На рис. 100, б показана цепная передача с втулочно-роликовой цепью.

Передаточное отношение цепной передачи определяется по формуле

где z1 — число зубьев ведущей звездочки, z2 — число зубьев ведомой звездочки.

Передачи с непосредственным контактом. Зубчатые перед а-ч и передают вращательное движение между валами. Меньшее из двух сцепляющихся колес принято называть шестерней, а большее — колесом. В зависимости от взаимного расположения валов, вида зубчатых колес и формы нарезанных на них зубьев различают цилиндрические, конические и винтовые зубчатые передачи.

С помощью зубчатых передач в станках осуществляется связь между элементами кинематических пар, изменяются скорости вращения как по величине, так и по направлению.

где z1 — число зубьев ведущего колеса, z2 — число зубьев ведомого колеса.

Для изменения направления вращения ведомого колеса при неизменном вращении ведущего между ними устанавливается промежуточное (паразитное) колесо z0 (рис. 101, б), которое не изменяет передаточного отношения передачи, как это видно из выражения

Червячная передача (см. рис. 91, д) осуществляется между перекрещивающимися и взаимно перпендикулярными вала;, ми. Обычно ведущим звеном является червяк, а ведомым — червячное колесо. При повороте червяка на один оборот червячное колесо повернется на количество зубьев, равное числу заходов червяка: при однозаходном червяке — на один зуб, двузаходном — на два зуба и т. д.

Передаточное отношение червячной передачи определяется как отношение числа заходов червяка к числу зубьев червячного колеса и выражается формулой

Методическая разработка открытого занятия «Способы передачи вращательного движения»

Содержимое разработки

Методическая разработка открытого занятия

«Способы передачи вращательного движения»

Направление: «Современный урок и внеурочная деятельность»

Ковязин Владимир Анатольевич,

Педагог дополнительного образования

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение дополнительного образования детей

629300 ЯНАО г. Новый Уренгой

ул. Молодежная, 17-А

проектирование и конструирование;

поиск альтернативных творческих решений;

развитие пространственных и математических представлений в процессе конструирования.

об разовательная : формировать умения и навыки проектирования и конструирования;

развивающая: развивать конструкторские навыки, творческое воображение;

в оспитательная: воспитывать трудолюбие и стремление добиваться выполнения поставленной задачи.

Оборудование: компьютер, конструктор Lego Mindstorms EV3.

1) Какой вал называется ведущим, а какой ведомым в передаче?

2) Как ускорить передачу с ведущего на ведомый вал?

3) Как замедлить передачу с ведущего на ведомый вал?

4) Что вы понимаете под КПД передачи?

Изучение нового материала.

Определение, виды и основные параметры передач.

Передачи вращательного движения очень широко используются во всех сферах деятельности человека. Мы много раз собирали их на наших занятиях. Сегодня попытаемся их систематизировать, поговорить о достоинствах и недостатках.

Опр : Передача — это устройство, передающее энергию на расстояние.

Передачи вращательного движения по способу соединения бывают:

а) передачи с контактом вращающихся тел (зубчатые, червячные, фрикционные);

б) передачи гибкой связью (ременные и цепные).

Для оценки качества передач используют следующие параметры:

ω =2π n – угловая скорость;

i = ω1/ ω2 – передаточное число;

а) Показать свои примеры передач (зубчатая, червячная, фрикционная, ременная, цепная).

б) Дать задание обучающимся: собрать аналогичные примеры из конструкторов Lego Mindstorms EV3.

V . Определяем общие закономерности между видами передач. Обсуждает их достоинства и недостатки.

а) Зубчатые и червячные передачи работают в результате давления между звеньями.

надежность в работе;

высокие требования к точности изготовления;

шум при больших скоростях;

б) Фрикционные и ременные передачи работают главным образом за счет сил трения.

возможность передачи движения на среднее расстояние;

возможность работы на высоких частотах вращения;

необходимость регулировки натяжения.

в) Цепные передачи (дать обучающимся задание: проанализировать самостоятельно). Работают в результате давления между звеньями.

надежность в работе;

возможность передачи движения на средние расстояния;

шум при высоких скоростях;

необходимость регулировки натяжения.

На сегодняшнем занятии мы обобщили понятие передачи. Проанализировали общие закономерности, достоинства и недостатки основных передач вращательного движения. В дальнейшем это позволит вам создавать свои проекты более эффективными.